观赏植物多倍体育种研究进展

蒋淑磊 ，李志斌 ，徐立军 ，李国松

（1.石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050041；2.石家庄市花卉工程技术研究中心，河北 石家庄 050041；3.河北省林木种苗管理站，河北 石家庄 050081）

1 提供观赏植物多倍体育种性状表现突出的品种

多倍体化是植物进化中的普遍现象，在植物界里约有1/2的物种是多倍体，而禾本科中多倍体几乎占3/4，花卉中多倍体占2/3以上[1]。观赏植物发生多倍体后，其具有花大、重瓣性强、花色浓艳、抗性增强等优良特点，提高观赏价值[2]。鉴于多倍体植物栽培意义比较大，科学家应用EMS，秋水仙素等化学试剂处理植物材料，人为的创造多倍体植株。到目前为止，许多观赏植物已人工诱导获得了多倍体植株。本文总结了近16a观赏植物多倍体的国内外研究进展（见表1）[3-54]，部分多倍体植物已经得到推广应用。

从表1观赏植物多倍体产生的方法可以知道，多倍体产生的途径主要依靠人工诱导，人工诱导产生的途径主要有物理诱变和化学药剂诱变，刘洋等应用0.1%秋水仙素附加2.0%二甲亚砜诱变离体培养的朝鲜百合小鳞茎，利用组织培养的不定芽诱导技术获得了多倍体幼苗[3]。

余道平等在离体培养条件下，研究了秋水仙素溶液处理对迎阳报春愈伤组织分化和多倍体诱导的效应，结果表明：以30mg/L秋水仙素溶液处理愈伤组织10d，四倍体诱导率最高为23.08%[13]。

除了用化学试剂诱变多倍体植物外，育种学家开始有目的地选择天然的观赏植物多倍体植株。刘晓明等研究人员观察源自黄石月亮山的过路黄的叶片长度、叶片宽度、叶片面积、花瓣长度、花瓣宽度、花瓣面积及叶背气孔面积均显著高于源自武汉狮子山的过路黄，黄石月亮山的过路黄核型为3n=36=3m+3sm+6st+24t，与武汉狮子山的过路黄核型2n=24=2m+2sm+4st+16t不同。基于形态与核型数据，研究人员认为黄石月亮山的过路黄居群为自然三倍体[55]。

2 植物多倍化过程中发生各种遗传和表观遗传现象

经过人工多种处理方法得到的多倍体植株与自然界天然形成的多倍体植株，在植株表型方面存在一定程度的差异，这些差异与遗传信息和表观遗传现象有关系。

在应用秋水仙素诱导植物多倍体，在细胞进行有丝分裂时，纺缍丝的合成被抑制，在后期染色单体分裂后，没有纺缍丝，不能被拉向细胞两极，于是也不会形成细胞板，细胞就不分裂，最后就形成了染色体加倍的细胞[55]。但是也可能会产生双减数现象，同一染色体的姊妹位点的染色单体片段进入同一配子当中，也就可以解释在四倍体种群体的杂合性要大于二倍体种[56]，赵艳等观察四倍体亚洲百合品种花粉母细胞减数分裂行为，研究结果表明：四倍体亚洲百合品种花粉母细胞在减数分裂过程中出现较多异常现象，包括在后期Ⅰ、后期Ⅱ和末期Ⅱ出现滞后染色体，在末期Ⅰ出现染色体桥，在后期Ⅱ出现分裂不同步、不均等分离，在末期Ⅰ、四分体时期出现微核，以及出现了三核四分体等[57]。

3 多倍化过程中基因表达调控的特点

同源多倍化引起的表型变化及其机理研究亦成为研究热点[58]，经研究表明同源加倍后DNA序列删除的现象在观赏植物中亦存在，与二倍体祖先相比，新生成的百喜草同源多倍体中有9.5%的DNA序列删除[59]；在合成的福禄考四倍体C0个体中全部DNA的17%会丢失。

表1 16a来已诱导获得多倍体的主要观赏植物种类（2000～2015年）

赵旭博等着重总结植物多倍化过程中基因表达调控的特点，特别是小分子RNA对基因表达的顺式和反式调节分子机制方面的最新研究进展[60]，小分子RNA在植物多倍化基因表达调控中既有顺式调节机制又有反式作用模式[61]，关于观赏植物多倍体中小分子RNA表达调控作用的很少，但在模式植物拟南芥种子胚乳发育过程中曾有报道，拟南芥二倍体和四倍体正反交中24nt siRNA剂量与种子大小密切相关。当用二倍体做父本时四倍体做母本，胚乳细胞化过程提前，其种子比亲本的小；反之，种子变大[62]。小分子RNA在植物多倍化过程中已发现的几种调控方式中，即既有顺式，也有反式，既有这两种作用方式单独起作用也有其共同作用，形成复杂的影响多倍体基因表达调控模式[60]。

4 存在问题及展望

秋水仙碱对生物毒害性很大，不同的观赏植物与不同的部位对其要求的浓度不同，因此探讨最佳的秋水仙素处理浓度，是得到多倍体植物的关键实验环节。经过秋水仙素处理后，由于植物细胞发育时期的不同步性，观赏植物多倍体育种中的嵌合体问题，也是制约观赏植物多倍体育种发展的关键问题。

目前，在观赏植物多倍体育种过程中，对植物遗传调控机制进行深入研究的很少，只能借鉴在遗传调控研究方面比较深入的小麦，水稻等农作物，以期在观赏植物育种工作中取得突破性进展。

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